Flujos de polvo de vidrio en ladrillos
Los ladrillos son uno de los materiales de construcción más comunes, esenciales para la economía global moderna. El ladrillo básico consiste en arcilla, que se cuece (ya sea en un horno / horno o en un horno industrial eléctrico), con lo cual se seca y se endurece, volviéndose mecánica y compresivamente más fuerte, además de más poroso y ligero. Las adiciones comunes de vidrio esmerado no exceden el 20% en peso, ya que mucho más que esto causará problemas de trabajabilidad y rendimientos económicos decrecientes(3).
Para la fabricación de ladrillos, se requiere
que el vidrio esté en un tamaño de partícula de menos de 1 mm para que pueda pasar efectivamente a través de los molinos de sartén antes de la mezcla y la cocción(4). En general, el vidrio finamente esmerlido con un tamaño de partícula inferior a 75 μm reduce las temperaturas de cocción(5).
La química que se produce durante la cocción de un ladrillo es compleja, y la adición de vidrio esmerado generalmente disminuye la temperatura de cocción requerida. A pesar de las complejas reacciones químicas que tienen lugar, la adición de polvos de vidrio afecta el proceso a través de dos variedades principales:
Maduración del cuerpo de arcilla
Durante la cocción, el calor hace que una sinterización de las partículas de arcilla se unan para formar un enlace a partir de la fusión de sílice y alúmina (dando al ladrillo su resistencia característica), los polvos de vidrio de menor punto de fusión se funden antes del proceso de sinterización y, por lo tanto, reducen la temperatura general de sinterización si se distribuyen uniformemente por toda la arcilla húmeda(6)
El vidrio de cal sódica actúa como un flujo debido a su falta de cristalinidad y alto contenido de óxido de sodio. La temperatura reducida requerida para formar una unión vítrea y el aumento del componente de fase vítrea en el ladrillo terminado se han asociado con una mejor estructura general y propiedades de durabilidad. Además, la investigación ha demostrado que el aumento del contenido de vidrio conduce a una menor porosidad en el producto final, por lo que puede absorber menos agua, alargando la vida útil de los ladrillos, ya que las tasas de absorción de agua son inversamente proporcionales a los niveles de porosidad(7). Finalmente, debido a los procesos de recristalización en las fases de calentamiento/enfriamiento, hay una reducción en la cantidad de especies amorfas, lo que lleva a una mejora de las propiedades mecánicas con un contenido de vidrio tan pequeño como 5%(8).
Contracción/Vitrificación
La contracción es una preocupación durante el proceso de fabricación del ladrillo, ya que un ladrillo que no cumple con los estándares de tamaño se descartará si no cae dentro de las tolerancias aceptables. A lo largo de los años, los fabricantes han tratado de comprender la contracción y han desarrollado métodos para moderarla. Uno de estos métodos es la adición de vidrio esmerado a la arcilla húmeda. La investigación ha demostrado que la contracción de la cocción en arcillas que contienen polvo de vidrio es igual o menor que la arcilla sin adulterar(9). La vitrificación aumenta cuando se utiliza vidrio en la mezcla, lo que lleva a una mayor densidad y menos absorción de agua, lo que a su vez conduce a una menor contracción durante la cocción(10). Este fenómeno se explica por el relleno de los poros con la fase vítrea antes mencionada. Un estudio que utilizó un vidrio esmerado inusualmente alto del 45% en peso reportó casi ninguna contracción lineal y significativamente menos agrietamiento(11).
La microscopía electrónica de barrido demuestra que a medida que la proporción de vidrio agregada al ladrillo, más densa se volvió la matriz general del ladrillo. Los aumentos de densidad general se asocian con valores elevados para la resistencia a la compresión y mecánica. Se ha propuesto que los tamaños de partículas de vidrio similares a los granos de arena son efectivos para reducir la plasticidad, reduciendo así la contracción en el paso de conformación-secado antes de la cocción(12).
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